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　　礦用液壓支柱再制造工藝——等離子粉末堆焊技術

 

　　摘要：本文介紹了液壓支柱的失效原因，等離子粉末堆焊的原理與特點，并將其運用到液壓支柱表面強化。采用此工藝可顯著的提高液壓支柱表面的硬度，耐蝕性，耐磨性及使用壽命。

 

　　礦用液壓支柱是當前煤礦井下廣泛使用的支護部件，在國內大中型煤礦企業中，液壓支架在采煤工作面上的使用率已超過50%。但是由于井下環境惡劣，液壓支柱表面腐蝕和磨損的現象嚴重，導致液壓支柱失效。

 

　　目前液壓支柱是通過表面鍍鉻的方法來實現表面防蝕。由于鍍鉻層耐磨性差，其壽命僅為1.0-1.5a，鍍鉻層容易出現起皮與脫皮的現象，影響液壓支柱的使用，同時鍍鉻工藝對環境污染特別嚴重。因此，液壓支柱表面強化技術的研究越來越受人們的重視。通常采用冷焊、復合電刷鍍和電噴涂對液壓支柱進行表面強化。近年來，我國等離子粉末堆焊技術取得了極大的進展，等離子粉末堆焊技術是改善基體特性的一種表面處理工藝，將合金粉末以不同的填料方式在基體表面上涂覆，在等離子束作用下把涂覆粉末迅速加熱并熔化，快速凝固后與基體材料形成具有耐蝕、耐磨、耐熱等特性的冶金表面涂層。

 

　　1.等離子粉末堆焊的原理：

 

　　離子粉末堆焊是以等離子弧作為熱源，應用等離子弧產生的高溫將合金粉末與基體表面迅速加熱并一起熔化、混合、擴散、凝固，等離子束離開后自激冷卻，形成一層高性能的合金層，從而實現零件表面的強化與硬化的堆焊工藝，由于等離子弧具有電弧溫度高、傳熱率大、穩定性好，熔深可控性強，通過調節相關的堆焊參數，可對堆焊層的厚度、寬度、硬度在一定范圍內自由調整。等離子粉末堆焊后基體材料和堆焊材料之間形成融合界面，結合強度高；堆焊層組織致密，耐蝕及耐磨性好；基體材料與堆焊材料的稀釋減少，材料特性變化?。焕梅勰┳鳛槎押覆牧峡商岣吆辖鹪O計的選擇性，特別是能夠順利堆焊難熔材料，提高工件的耐磨、耐高溫、耐腐蝕性。

 

　　2.等離子粉末堆焊的優勢：

 

　　與熱噴涂、化學鍍、等離子噴涂及氣相沉積等傳統的表面改性技術相比，等離子粉末堆焊技術具有如下特點：

 

　　2.1適用的材料體系廣泛，尤其適于在低熔點金屬表面堆焊高熔點合金，獲得致密的冶金結合涂層；

 

　　2.2熱影響區域小，工件不易變形，堆焊成品率較高；

 

　　2.3等離子堆焊合金涂層表面性能穩定，成分及厚度可控，且工藝靈活，易實現自動化生產；

 

　　2.4可對成形工件表面局部區域進行堆焊處理；

 

　　2.5表面強化層組織致密，硬度高，質量好，表面光潔五氧化，具有較高的韌性、強度、耐磨性與耐蝕性；

 

　　2.6等離子堆焊技術屬于綠色再制造范疇，加工過程無污染，勞動條件好；

 

　　2.7等離子堆焊速度快，稀釋率低，等離子堆焊的稀釋率可控制在5%-10%，甚至更低。

 

　　3立柱表面堆焊修復工藝

 

　　3.1加工設備

 

　　采用DML-V03BD等離子粉末堆焊成套設備對液壓支柱表面進行修復。該設備主要由等離子發生器、堆焊槍、送粉控制、加工機床等及部分組成，操作簡單，極大的提高了生產效率。

 

　　3.2前期準備

 

　　了解工況獲悉支柱失效原因、了解工件材質、修復位置尺寸和形狀、修復的工藝及性能要求等。液壓將支柱的失效方式有很多種，主要是由于各種磨損所致，如磨粒磨損、腐蝕磨損和疲勞磨損。在此基礎上確定修復方案，包括修復前工件表面處理（除油，去銹）、合金材料的選擇、堆焊電流、送粉速度、支柱旋轉速度、離子氣流量等。本次試驗選用鎳基自溶性合金粉末作為等離子堆焊材料，牌號NI45。該系列粉末適用于要求局部耐磨、耐腐蝕及抗疲勞的工件，能形成組織致密，無氣孔夾雜塌陷，無裂紋，高硬度的鎳基涂層，該涂層與基材為冶金結合。

 

　　3.3修復過程

 

　　等離子堆焊設備采用高純氬氣作為離子氣與保護氣，為保證長時間工作，在堆焊設備有冷水機組，冷卻水一般采用蒸餾水，以帶走等離子發生器在轉換過程中產生的熱量，以確保堆焊槍的穩定運行。修復過程中，隨時觀察堆焊狀況，包括堆焊層厚度，平整度，搭接率等。DML-V03BD堆焊設備可在堆焊過程中隨時調節電流，送粉速度，以此來調節堆焊層厚度與堆焊效果。堆焊的工藝參數如下：

 

　　焊接電流（A）：120~130；

 

　　離子氣流量（NL/min）：1.5-1.8

 

　　保護氣流量（NL/min）：5-10；

 

　　焊接速度（m/min）：0.9-1.1：

 

　　3.4焊后處理

 

　　堆焊結束后，要對堆焊層進行外觀質量檢驗，是否存在裂紋，氣孔等缺陷，采用便攜硬度計初步檢測堆焊層的硬度，并對工件的尺寸精度和位置精度進行檢測。符合要求后，對支柱進行處理，包括車削，磨削，以達到工件最終尺寸與精度。

 

　　3.5堆焊效果

 

　　經檢測，采用等離子堆焊技術對礦用液壓支柱堆焊的合金強化層表面硬度打到HRC40，明顯的提高了礦用液壓支柱的耐蝕性，耐磨損性和其他機械性能。

 

　　4結論

 

　　經試驗與客戶反饋，等離子粉末堆焊技術已成功在液壓支柱修復行業中取得極大的成效。由于等離子粉末堆焊是在大氣環境下進行的無污染操作，而且操作簡單，堆焊后質量得到很大的提升，從而可以減少液壓支柱的更換時間，以確保生產效率，并可節約大量資金，對于件設節約型社會有著更為廣大的意義。上海多木實業有限公司是一家專業從事電源開發的高科技產業，其中焊接電源是我的重點項目，開發的系列焊機已達到或超過國際先進水平，深受客戶的認可，擁有廣泛的客戶群和知名度。產品專業用于精密零件、薄板等的焊接，閥門、軋輥、截齒等的堆焊，模具、機械軸類的焊補等，已廣泛應用于電子電器、煤炭礦山機械、航空航天等諸多領域。

 

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